CN1118329C - 废气催化剂用的载体部件 - Google Patents

Abstract

一种金属催化剂载体部件，包括第一和第二金属薄片的层，形成使废气流动通过的通路。第一金属薄片为波纹状，并在每个上游区和下游区内在许多接触点处与第二金属薄片接合。在上游区和下游区之间的中间区内，第一金属薄片不与第二金属薄片接合。

Description

废气催化剂用的载体部件

技术领域

本发明涉及一种废气催化剂用的载体部件，更具体地涉及一种金属载体部件，它包括卷绕的、叠合的或以其它方式分层的多层高温耐腐蚀金属薄片，它们形成多个通道或通路，能使废气通过这些通路流动。

背景技术

此种金属载体部件用于例如汽车的废气系统中。这些载体部件暴露于严重的交变热应力中，后者限制载体部件的使用寿命。

已经提出了增大此种载体部件的弹性和控制压力与拉伸力的各种方法。日本公布的未审批申请JP-A62-83044(对应于德国公布的未审批申请DE-A3534904)公开了一种催化剂载体部件，该部件用两种不相同的金属薄片(薄板)的交替层制成，包括一种带双波纹的第一金属薄片和一种不带波纹的第二金属薄片。在这种类型的载体部件中，两种金属薄片之间的接触点的数目减少，由此提供需要的弹性。日本公布的未审批申请JP-A6-269683公开一种催化剂载体部件，其中形成交替层的两种不相同的金属薄片分别是一种带简单波纹的第一金属薄片和一种不带波纹的第二金属薄片。根据该已知的载体部件，第一和第二金属薄片中至少一种具有切口或开孔。或者是，第一和第二金属薄片中至少一种分为多个间隔排列的区段。在这种载体部件中，区段之间的切口或开孔或间隔可以控制压力和拉伸力。

已知有用两种不同波纹的金属薄片的交替层卷绕成的载体部件。在1989年7月4日颁布给Cyron的US-A4，845，073中描述了一个例子。在这种已知的载体部件中，金属薄片有内外表面，接触点设置在第一金属薄片的内表面和第二金属薄片的外表面上。在卷绕期间，向内取向的波谷与第二金属薄片的向内取向的波谷同步。

本发明的目的是提供一种废气催化剂用的载体部件，该部件具有足够高的结构刚性，待加热的质量减小，而暴露给废气的有效表面积增大。

发明的公开内容

根据本发明的一个方面，本发明提供一种废气催化剂用的载体部件，它包括：

第一和第二金属薄片的多层结构，形成使气体流动通过的通路相对于气体流动的方向，所述多层结构有一个上游区和一个下游区，这两个区互相隔开；

所述多层结构有一个设置在所述上游区和下游区之间的中间区；

所述第一金属薄片具有这样的波纹，使得所述第一波纹在所述上游区和下游区的每个区内与所述第二金属薄片接触；

所述第一金属薄片在所述中间区内不与所述第二金属薄片接触。

根据本发明的一个特定方面，第二金属薄片的波纹不同于第一波纹状金属薄片，而且其中不同波纹的第一和第二金属薄片具有周期性，这种周期性使它们能够在每个上游区和下游区内互相同步。

根据本发明的另一个特定方面，不同波纹的第一和第二金属薄片中只有一种延伸在所述中间区内。

根据本发明的再一个特定方面，第一金属薄片具有第一波纹，该第一波纹具有第一周期和第一波幅，而第二金属薄片具有第二波纹，该第二波纹具有第二周期和第二波幅。第一周期基本上等于第二周期的第二波幅小于第一波幅。第一和第二金属薄片中只有一种延伸在中间区内。

根据本发明的又一个特定方面，在上游区和下游区的每一个中，第一金属薄片具有一个具有第一周期和第一波幅的第一波纹，而在中间区内，第一金属薄片具有一个具有第二周期和第二波幅的第二波纹，该第二波幅小于第一波幅。

附图简述

图1是一种催化转换器的部分纵向剖开的纵向视图；

图2是通过图1中线2-2截取的截面图，表示本发明的载体部件的第一实施例的一部分；

图3是通过图1中线3-3截取的截面图，表示本发明的第一实施例的另一部分；

图4是图2的局部放大图；

图5是图3的局部放大图；

图6是本发明的载体部件的第二实施例的局部图；

图7是通过图6的线7-7截取的截面图；

图8是通过图6的线8-8截取的截面图；

图9是通过图6的线9-9截取的截面图；

图10是通过图6的线10-10截取的截面图；

图11是通过图6的线11-11截取的截面图；

图12是载体部件一部分的局部透视图；

图13是载体部件另一部分的局部透视图；

图14类似于图6，示出本发明的载体部件的第三实施例；

图15是通过图14的线15-15截取的截面图；

图16是通过图14的线16-16截取的截面图；

图17是通过图14的线17-17截取的截面图；

图18是通过图14的线18-18截取的截面图；

图19是通过图14的线19-19截取的截面图；

实施本发明的最佳方式

参照附图，特别参照图1，从内燃机出来的废气沿箭头10的方向供向废气转换器(净化器)12。废气转换器12有一个贝壳状外壳14。外壳14沿其纵向的一端为入口16，而其另一端为出口18。废气催化剂用的载体部件20有一个支承件22，它被安装在外壳14中。载体部件20可以分为和包括三个区，即上游区30、下游区32及在上下游区30和32之间的中游区34。

图2表示上游区30中的排气通路36，而图4为其局部放大图。下游区32的构造与上游区30相同。图3表示中游区34中的排气通路38，而图5为其局部放大图。在上下游区的每个区中，载体部件20包括两种不同波纹的金属薄片即第一金属薄片40和第二金属薄片42的交替叠合层。在中间区34中，载体部件20包括两种不同波形金属薄片40和42之一的间隔层。

两种波纹的金属薄片40和42具有周期性，使它们能够当其叠合时彼此同步。结果是接触点的分布非常均匀，接触点具有彼此适合的形状和在两种薄板40和42之间的相同弯曲方向。

参看图4，第一金属薄片40具有上下表面44和46，而第二金属薄片42具有上下表面48和50。接触点可以分为第一组和第二组。第一组接触点位于第一金属薄片40的下表面46上和第二金属薄片42的上表面48上。换句话说，在一个接一个叠合金属薄片40和42期间，第一金属薄片40的波形的向下取向的波谷与第二金属薄片42的波形的向下取向的波谷同步。第二组接触点位于第一金属薄片40的上表面44上和第二金属薄片42的下表面50上。换句话说，在一个接一个叠合金属薄片40和42期间，第一金属薄片40的波形的向上取向的波峰与第二金属薄片42的波形的向上取向的波峰同步。

在该例子中，第一金属薄片40沿载体部件20的纵向延伸通过上游区30、中游区34和下游区32的整个长度。第二金属薄片42仅仅延伸通过上游区30的整个长度和下游区32的整个长度32。换句话说，如图3和5所示，第二金属薄片42并不延伸通过中间区34。

第一金属薄片40的波纹具有周期P1和波幅A1，而第二金属薄片42的波纹具有周期P2和波幅A2。P2与P1基本相同，而A2比A1小得多，使得接触点处第一金属薄片40的曲率稍许大于接触点处第二金属薄片42的留率。

最好是，P1＝P2，A1＝nP1而A1＝mA2，其中n的范围为0.2至0.3，m的范围为2.4至6。

在该例子中，波纹基本上为正弦曲线。波形为正弦波形。第一金属薄片40的波高2A1(波幅A1的两倍)为1.2mm，而波长P1的范围为2.0mm至3.0mm。第二金属薄片42的波高2A2(波幅A2的两倍)的范围为0.2至0.5mm，而波长P2基本上等于P1。

由于P1基本上等于P2，第一金属薄片40的叠层的波峰和波谷沿纵向通过中间区34的整个长度对准。在中间区34中，通路38的截面不会产生特别窄或特别宽的情况。这在随后用催化剂材料涂敷载体部件20时是有利的，因为不会产生会堵塞的小间隙。

因此，在中间区34中，第一金属薄片40具有足够宽的能够接触废气的有效表面面积，即催化剂涂层的表面积。这可以尽可能减少催化剂涂层的浪费。

此外，可以保证废气与催化剂涂层充分接触，从而提高催化剂的转换效率。

在冷起动期间，废气转换器12的催化剂低于其起动温度，因而必须通过发动机的废气提高到它的工作温度。待加热的催化剂的质量越小，它就越快地达到其起动温度。在载体部件20的中间区34内没有使用第二金属薄片42，使待加热的质量减小。其结果是减少了将催化剂加热到其起动温度所需的时间。

在载体部件20的中间区34内，因为波峰和波谷沿载体部件20的纵向保持对准，所以第一金属薄片40的叠合层可以密集而不会产生任何可能变成堵塞的局部狭窄间隙。这对于增大向废气暴露的催化剂涂层的有效表面积是有利的。

参照图4，第一金属薄片40的相邻多层之间的距离H可以由于使用波幅A2增大的第二金属薄片42的多层而变窄。

在前面叙述的实施例中，在中间区34中已经除去第二中间薄片42。另一种办法是，可以在载体部件20的中间区34中除去第一金属薄片40。

按照第一实施例，载体部件20由两种不相似的或不同波形的金属薄片40和42的叠层构成。但是，本发明可以做成一种包括不同波形金属薄片40和42的卷绕层的载体部件。

在载体部件20的第一实施例中，由于在中间区34中除去了第二金属薄片42，因此在中间区34中不存在第一和第二金属薄片40和42之间的接触点。

在下面叙述的第二实施例中，一种双波纹金属薄片用作第一金属薄片。双波纹金属薄片除了第一波纹外还包括一种第二波纹，其波幅小于第一波纹的波幅。在载体部件的每个上游区和下游区内，第一波纹与第二金属薄片的多层接触。在中间区内，第二波纹与第二金属薄片成间隔关系。换句话说，在中间区内不存在接触点。

参照图6至13，其中描述载体部件60的第二实施例。

图6示出载体部件60的部分平面图，其中箭头10表示从内燃机出来供给到载体部件60的废气的方向。载体部件60可以分成和包括五个区，即上游区62、第一过渡区64、中间区66、第二过渡区68和下游区70。图7表示上游区62中的废气通路72。图8表示第一过渡区64中的废气通路74。图9表示中间区66中的废气通路76。图10表示第二过渡区68中的废气通路78。

图11表示下游区70中的废气通路80。在这些区62、64、66、68和70的每一个中，载体部件60包括第一金属薄片82和第二金属薄片84的叠合交替层。在该例子中，第一金属薄片82具有双波纹，而第二金属薄片84是一个光滑的平面薄片。或者是，第二金属薄片84可以具有正弦波波形。与第一实施例不同，第二金属薄片84延伸通过第一过渡区64、中间区66和第二过渡区68的整个长度。

参看图7至图11，第一金属薄片82具有上下表面86和88，而第二金属薄片84具有上下表面90和92。第一和第二金属薄片82和84相互叠合。结果是大量接触点均匀分布在上下游区域62和72的每个区内(见图7和11)。在第一和第二过渡区64和70的每个区内出现少量接触点的均匀分布(见图8和10)。在中间区内(见图9)，没有接触点。接触点可以分为第一组和第二组。第一组接触点设置在第一金属薄片82的下表面88上和第二金属薄片84的上表面90上。换句话说，在金属薄片82和84互相叠合期间，第一金属薄片82的双波纹的第一波纹94的向下取向的波谷与第二金属薄片84的上表面90接触。第二组接触点设置在第一金属薄片82的上表面86上和第二金属薄片84的下表面92上。换句话说，在金属薄片82和84叠合期间第一金属薄片82的第一波纹94的向上取向的波峰与第二金属薄片84的下表面92接触。

第一金属薄片82除了第一波纹94外还有一个第二波纹96。第一波纹94具有周期P3和波幅A3。第二波纹96具有周期P4和波幅A4。A4小于A3，而P4由下式表示：

P4＝P3×(1/N)式中：N≥2(N是整数)。

在该例子中，N为2，因此P4＝P3×(1/2)成立。因为，在该例子中，波纹94和96基本上是正弦波而波形为正弦波形，所以第二波纹96的两个小波已取代了第一波纹94的一个大波。

回到图6，第一波纹94延伸通过用斜线(阴影线)表示的每个部分，而第二波纹96延伸通过每个空白部分。在图8、9和10中，虚线表示第一波纹94，它延伸通过上游区62。

在图8所示的第一过渡区64中，如上所述，第二波纹96的两个小波已经取代了第一波纹94的每隔一个的大波。在图9所示的中间区66中，第二波纹96的两个小波已经取代了第一波纹94的另一个大波。在图10所示的第二过渡区68中，已经被第一过渡区64中的第二波纹96的两个小波取代的第一波纹94的每隔一个的大波如图12中所示地恢复原状。在图11所示的下游区70中，第一波纹94的所有大波都恢复原状。

沿上游区62和第一过渡区64之间的边界，从点C到一个点切割第一波纹94的每隔一个的大波，允许如图12中所示地形成第二波纹96的两个小波。沿第一过渡区64和中间区66之间的边界，从点d到点e切割第一波纹94的每一个剩余的大波，允许如图13中所示地形成第二波纹96的两个小波。

以相似的方式，形成第二过渡区70中第二波纹96的小波。\；在载体部件60中，第二波纹96的小波已经取代了第一过渡区64、中间区66和第二过渡区68中第一波纹94的大多数大波。结果是大量减少了第一和第二金属薄片82和84之间的接触点数目。这对随后用催化剂材料涂敷载体部件60是有利的。

在上游区62和下游区70中，双波纹的第一金属薄片82固定在相邻的两层第二金属薄片84上。这对于金属薄片82保持其原先设计的形状是有效的。这提高了载体部件60的结构强度，使得可以延长使用寿命。

如上所述，在第二过渡区68之间的边界处第一波纹94的每隔一个的大波转换为第二波纹96的两个小波。结果是提高了第一波纹94和第二波纹96之间的整体性。

关系P4＝P3×(1/N)成立，式中：N为整数并且不小于2。这在第一和第二过渡区64和68的每一个中形成第二波纹96的小波方面是有利的。这是因为第一波纹94的大波和第二波纹96的小波是光滑而连续地桥接的。结果，不仅提高了结构强度，而且还提高了生产率。

在载体部件60的第二实施例中，中间区66设置在上游区62和下游区70之间，在中间区只有第二波纹96的小波存在于第二金属薄片84的相邻两层之间。换句话说，大波支配区62、小波支配区66和大波支配区70是沿通过载体部件60的废气方向排列的。这种排列可以沿废气方向按周期重复。这种周期性排列在使通过载体部件的废气扩散得以增强方面是有利的。这导致提高催化剂的转换效率。这种排列沿废气方向并因而在载体部件的长度和宽度上增加接触点的分布，从而提高载体部件的结构强度。

参照图14至19，图中描述载体部件60A的第三实施例。

载体部件60A基本上与第二实施例中刚描述的载体部件60基本相同。但是，不同的是，下游区70A中第一波纹94的大波与上游区62中第一波纹94的大波相位不同。在载体部件60A的第二过渡区68A(见图18)中，第二波纹96的两个小波已经替代了下游区70A中每隔一个的大波(见图19)。

这种相位偏移使通过载体部件60A的废气扩散进一步增强。结果，催化剂的转换效率进一步提高。

Claims (16)

1、一种废气催化剂用的载体部件，它包括：

第一和第二金属薄片的多层结构，形成使气体流动通过的通路；相对于气体流动的方向，所述多层结构有一个上游区和一个下游区，这两个区互相隔开；

所述多层结构有一个设置在所述上游区和下游区之间的中间区；所述第一金属薄片具有这样的波纹，使得所述第一波纹在所述上游区和下游区的每个区内与所述第二金属薄片接触；

所述第一金属薄片在所述中间区内不与所述第二金属薄片接触。

2、一种如权利要求1中所述的载体部件，其中所述第二金属薄片被制成不同于所述第一波纹状金属薄片的波纹形，而且其中所述不同波纹的第一和第二金属薄片具有周期性，这种周期性使它们能够在每个所述上游区和下游区内互相同步。

3、一种如权利要求2中所述的载体部件，其中所述不同波纹的第一和第二金属薄片中只有一种延伸在所述中间区内。

4、一种如权利要求1中所述的载体部件，其中所述第一金属薄片具有第一波纹，该第一波纹具有第一周期和第一波幅，而所述第二金属薄片具有第二波纹，该第二波纹具有第二周期和第二波幅；

其中所述第一周期基本上等于所述第二周期而所述第二波幅小于所述第一波幅；

其中所述第一和第二金属薄片中只有一种延伸在所述中间区内。

5、一种如权利要求4中所述的载体部件，其中所述上游区和下游区包括一个和对置的端部，在它们之间所述多层结构分别延伸。

6、一种如权利要求4中所述的载体部件，其中，在所述上游区和下游区的每一个中，所述波纹状第一金属薄片的相邻两层互相间隔一层所述波纹状第二金属薄片；而且其中所述第二波幅限定所述波纹状第一金属薄片的相邻两层之间的间隔。

7、一种如权利要求1中所述的载体部件，其中所述第二金属薄片的相邻两层与所述第一金属薄片的相邻两层接合，以便安置在所述第一金属薄片的相邻两层之间。

8、一种如权利要求4中所述的载体部件，其中：

P1＝P2；

A1＝nP1；和

A1＝mA2式中：n的范围为0.2至0.3，

m的范围为2.4至6，

P1为第一周期，

P2为第二周期，

A1为第一波幅，和

A2为第二波幅。

9、一种如权利要求1中所述的载体部件，其中，在所述上游区和下游区的每一个中，所述第一金属薄片有一个具有第一周期和第一波幅的第一波纹，而且其中，在所述中间区内，所述第一金属薄片有一个具有第二周期和第二波幅的第二波纹，该第二波幅小于所述第一波幅。

10、一种如权利要求9中所述的载体部件，其中，在所述中间区内，所述第二波纹延伸通过所述第一金属薄片的整个区域。

11、一种如权利要求9中所述的载体部件，其中所述上游区、所述中间区和所述下游区以这种顺序周期地排列。

12、一种如权利要求9中所述的载体部件，其中，所述多层结构有一个在所述上游区和所述中间区之间的第一过渡区和一个在所述中间区和所述下游区之间的第二过渡区。

13、一种如权利要求12中所述的载体部件，其中，在所述第一和第二过渡区的每一个中，所述第一波纹和所述第二波纹共同存在。

14、一种如权利要求9中所述的载体部件，其中：

P4＝P3×(1/N)式中：N≥2并且是一个整数，

P3是第一周期，和

P4是第二周期。

15、一种如权利要求9中所述的载体部件，其中所述下游区中的所述第一波纹与所述上游区中的第一波纹为不同相位。

16、一种如权利要求13中所述的载体部件，其中所述第二金属薄片是基本上光滑的平面薄片，其中所述第一金属薄片在每个所述上游区和下游区内的第一组接触点处与所述第二金属薄片相接合，而且其中所述第一金属薄片在数目小于所述第一组接触点的第二组接触点处与所述第二金属薄片接合。

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